地球同步轨道星载SAR观测特性分析

地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEOSAR)具有超高的卫星轨道和超长的合成孔径时间,相比于目前的低轨星载SAR,GEOSAR在信号特性与成像信号处理方面变化显著.GEOSAR体制和理论方法的研究都要以GEOSAR自身的特性分析为基础.文中根据GEOSAR的星地几何关系对星下点轨迹、卫星速度与波束扫描速度、合成孔径时间、多普勒特性等观测特性进行了深入分析,然后在此基础上与典型低轨SAR进行比较,得出了相应结论.     

地球同步轨道圆迹SAR 三维分辨特性分析

针对地球同步轨道圆迹SAR (Geosynchronous Circular SAR, GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3 维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc 函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3 维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。      

地球同步轨道合成孔径雷达特性分析

常规的低轨合成孔径雷达具有重访周期长,覆盖范围小等缺点,一个有效的解决办法是将低轨合成孔径雷达轨道提高到地球同步轨道上.然而,由于受地球自转的影响比较大,地球同步轨道合成孔径雷达有着其本身的特殊性.对地球同步轨道上合成孔径雷达的星下点轨迹、波束所能覆盖的范围以及多普勒频率进行了分析,并且相应地做了一些仿真.     

地球同步轨道星载SAR多普勒特性分析

该文推导了适用于任意轨道高度的星载SAR多普勒中心频率和调频率的精确公式,为中高轨SAR多普勒特性的研究提供了有效的方法。基于上述公式,分析了地球同步轨道SAR多普勒中心频率与低轨SAR的联系;研究了星载SAR多普勒调频率随轨道高度的变化和地球自转对同步轨道SAR和低轨SAR调频率的影响;探讨了同步轨道SAR多普勒中心频率和调频率的特征。通过数值仿真验证了推导公式和多普勒特性分析的正确性。     

大气层效应对地球同步轨道SAR系统性能影响研究

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)合成孔径时间长、观测范围大,易受到大气层效应时空变化的影响,使成像的聚焦质量和差分干涉处理精度严重下降。该文针对常规对流层和背景电离层等大气层缓变的干扰部分,建立了高精度时频混合GEO SAR信号模型,分析了不同大气层参数的时间变化率对成像质量和差分干涉处理精度的影响。针对大气层干扰中对流层湍流和电离层闪烁等随机扰动造成的影响,基于幂律功率谱模型,建立了大气扰动参数和成像质量的定量化分析模型,获得了大气层随机干扰的强度与成像评估指标间的关系。最后,通过仿真验证了模型的有效性,并分析了长孔径时间内缓变和随机扰动的大气层误差对成像和差分干涉处理质量的影响,仿真结果表明:L波段GEO SAR成像和差分干涉处理受时空变电离层干扰的影响十分严重,必须予以补偿;对流层干扰对其影响较小,仅当积累时间达到数百秒时才需要考虑它对成像性能的恶化。      

基于四维电子密度的地球同步轨道SAR电离层时变影响校正方法

电离层在地球同步轨道SAR长合成孔径时间内具有明显的时变特性,这使得传统的基于电离层总电子含量(TEC)固定值的校正方法不再适用。为此,该文提出基于4维电子密度的地球同步轨道SAR成像补偿方法。通过基于电离层实测数据的半物理仿真,对校正方法进行实验验证,结果表明该方法可以有效地校正电离层时变特性对地球同步轨道SAR成像质量的影响。     

地球同步轨道SAR方位模糊度研究

与低轨合成孔径雷达(SAR)相比较,地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有重访周期短,观测范围广等优点,在军用及民用领域具有广泛应用。针对地球同步轨道合成孔径雷达多普勒中心频率时变及类滑动聚束工作模式造成常规方位模糊度计算不精确的问题,提出了一种新的方位模糊度计算方法。该方法基于精确的星地几何模型,考虑了地球自转、速度时变、多普勒中心频率时变以及类滑动聚束工作过程中天线指向变化对方位模糊度影响,通过对不模糊区域天线方位角及模糊区域天线方位角的精确求解得到了对应的天线增益值,进而得到方位模糊度的精确值。基于空间坐标系转换及矢量表示法推导了GEOSAR 方位模糊度的表达式。最后结合地球同步轨道SAR轨道参数进行了仿真,验证了该方法的有效性。      

地球同步轨道圆迹SAR研究

该文介绍了地球同步轨道圆迹合成孔径雷达(Geosynchronous Circular SAR, Geo-CSAR)的概念,通过设计同步轨道的轨道参数,可以形成近圆的卫星相对地球轨迹,使SAR载荷的凝视成像模式成为可能,实现对地的大面积定点连续观测以及真3维信息获取;研究分析了Geo-CSAR的成像能力,指出其在瞬时覆盖度、连续观测范围及3维精确定位方面,具有现有低轨星载SAR无法比拟的优势,是实现全球不间断覆盖的有效途径之一,在军事侦察、灾害监测方面具有重要的应用前景。      

地球同步轨道SAR精确斜距模型研究

由于地球同步轨道SAR(Geo-SAR)较高的轨道高度和较长的合成孔径时间,走-停(Stop-Go)假设所带来的误差必须予以考虑。该文推导并模拟了正圆轨道下地球同步轨道SAR(Geo-SAR)的精确回波延时方程,分析并仿真了其与 走-停模型误差。提出了一种等效中点模型,并通过仿真验证了该模型能很好地拟合精确距离历程。采用基于高阶多普勒参数的多项式拟合对等效中点模型和走-停模型的斜距历程进行展开,借助Legendre正交级数展开定量分析了走-停模型所带来的各个幂次的斜距误差,进而分析了各幂次斜距误差对于聚焦效果的影响。通过点目标仿真证明了走-停模型应用于Geo-SAR的局限性与等效中点模型的有效性。     

扁率摄动对地球同步轨道SAR成像聚焦的影响分析

针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, GEOSAR)长合成孔径成像受地球扁率摄动影响的问题,推导了卫星不同轨道根数受摄动所导致的雷达回波多普勒调频率和2次相位公式,通过分析扁率摄动对成像的影响,得到结论:地球扁率摄动使雷达回波产生附加的2次相位调制,相位调制的主导成分是卫星轨道长半轴受摄分量,相位调制幅度与成像所采用的轨道弧段有关,2次相位调制总量经过分钟量级的长合成孔径累积几乎在卫星运动全周期超过45的容限。雷达成像聚焦不能简单忽略扁率摄动的影响,必须采取相应的补偿措施,否则会造成图像散焦。      

一种同步轨道星机双基SAR成像方法

对同步轨道星机双基SAR的成像机理进行了研究,从回波的多普勒历程入手,指出该体制下获取的回波数据在距离多普勒域中存在耦合的现象,经典RD算法对非参考点位置的目标成像在方位向上会产生散焦。通过计算得到了相同多普勒历程方住向位置不同的点在数据域中距离向上的位置变化特征以及不同多普勒历程方位向位置相同的点在数据域中距离向上的位置变化特征,给出了在方位向分割回波数据,在距离向上非线性计算回波多普勒参数的改进成像方法。仿真结果表明,改进的成像算法可以较好地对非参考点位置的点目标完成方位向聚焦。     

GEO SAR非“停走停”特性分析

传统合成孔径雷达进行了“停走停”假设,地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)由于作用距离远、回波时延长,“停走停”假设不再成立.针对这一问题,给出一种基于迭代的方法计算出了精确的收发斜距,考虑到回波建模的高效性,在此基础上提出了一种近似计算,并对GEO SAR“停走停”假设进行了多普勒误差分析和定量说明.该方法具有较高的计算效率和计算精度,可以真实模拟GEO SAR非“停走停”问题,实验结果证明所提方法的可行性和有效性.     

一种特征消除的SAR盲移频干扰方法

针对传统移频干扰存在移频干扰特征和无法对抗波形捷变合成孔径雷达(SAR)信号的缺点,文中提出了特征消除的SAR盲移频干扰方法。首先,对接收到的两路SAR信号分别进行延时和2倍频谱扩展;然后,将两路信号进行共轭相乘产生干扰信号,从而将频谱扩展后的信号恢复成原来的SAR回波信号样式,并引入移频干扰相位调制项,可在SAR距离向产生前移、滞后假目标干扰。该方法不仅消除了移频干扰特征,而且能够有效对抗波形捷变SAR雷达信号,是一种盲移频干扰方法。理论分析和仿真实验证明了该方法的可行性和有效性。     

GEO星机双基SAR时间同步误差对运动目标检测的影响建模与分析

地球同步轨道星机双基地合成孔径雷达(GEO SA-BSAR)系统是以GEO SAR发射,飞机装载多通道系统接收信号的双基地SAR系统,其可充分利用GEO平台提供的长时间稳定的波束覆盖特性,为运动目标的检测和监视提供了便利.但是,GEO SA-BSAR系统由于收发分离,不得不面临发射端和接收端的频率源差异导致的时间同步误...     

GEO SAR照射的机载前视接收双基SAR系统二维分辨能力分析

地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)星/机双基前视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)实现了接收机飞行方向的成像能力,可以对重点区域进行持续前视观测,具有广泛的应用场景。对固定轨道GEO SAR照射下的机载前视接收机的双基SAR系统二维分辨能力进行了解析和验证仿真分析。首先,基于梯度法给出了GEO星/机双基前视SAR的二维分辨能力及其夹角的解析结果;其次,分析了不同双基前视构型对距离向分辨率、方位向分辨率和分辨率夹角的影响,并给出了基于分析结果的构型设计基本准则;最后,对GEO SAR处于不同轨道位置时分别进行了点目标仿真,有效验证了该分析方法的有效性和准确性。     

斜视模式SAR合成孔径长度分析

基于斜视模式合成孔径雷达(SAR)平台运动特点和波束照射规律,建立了机载SAR斜视模式的空间几何模型,考虑了斜视模式下天线半功率波束角与斜视角交叠所引起合成孔径长度的非对称性,详细推导了斜视模式下合成孔径长度的精确计算式。分析了各因素对斜视下合成孔径长度的影响机理,比较了相同探测距离、自然距离下正侧视和斜视模式合成孔径长度的关系,以及近似计算的条件,最后给出了计算机仿真结果。     

SAR图像动目标特性分析及仿真

SAR动目标特性及原始回波的仿真研究是SAR研究领域的一个热点。文中分析了运动目标参数以及波长和多普勒带宽对运动目标成像的影响,提出了一种分别使用RTPC方法和改进2D FFT方法仿真动目标和场景目标的SAR原始回波信号合成方法。经过对多波段和对应不同多普勒带宽的运动点目标进行仿真和成像,所得结果和理论分析相符,验证了理论分析的正确性。通过对合成目标的仿真和成像,点目标在背景中的位置符合预定要求,而且其中动目标参数对成像造成的影响符合理论分析,验证了该方法的有效性。     

一种通用的SAR/ISAR自聚焦方法

首先介绍了我们最近提出的一种ISAR自聚焦新方法AUTOCLEAN(AUTOfocus viaCLEAN),然后对其中的特征提取算法进行了深入研究。研究结果表明,用CLEAN作为特征提取算法是合适的。AUTOCLEAN不仅是一种稳健的ISAR自聚焦方法,而且还可以推广应用到聚束SAR、曲线SAR和机载双天线干涉SAR中的自聚焦处理。     

基于条带式SAR与聚束式SAR内在联系的SAR成像研究

针对条带式合成孔径雷达（stripmap sar）与聚束式合成孔径雷达（spotlight sar）的方位向频谱结构,讨论了两种模式SAR之间的区别与联系,利用两者之间的内在联系,提出斜视条件下将条带式SAR数据分块,进行聚束式处理的方法,并对聚束式成像区域大小参数的选择进行了分析.对于相同尺寸的成像区域,对条带式SAR进行聚束式处理可以减小运算量.采用空间频率插值成像算法实现了条带式SAR与聚束式SAR成像算法上的统一,最后应用外场实测数据完成成像,成像结果证实了理论分析的正确性.